Αξιοποίηση της αρχιτεκτονικής υπηρεσιών ιστού σε ασύρµατα τηλεπικοινωνιακά περιβάλλοντα τέταρτης γενιάς ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Αξιοποίηση της αρχιτεκτονικής υπηρεσιών ιστού σε ασύρµατα τηλεπικοινωνιακά περιβάλλοντα τέταρτης γενιάς ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ των ΦΩΤΕΙΝΗ Ν. ΕΡΓΑ ΒΑΣΙΛΕΙΑ Ν. ΚΑΝΤΑΡΟΥ Επιβλέπων : ΜΙΧΑΗΛ ΘΕΟΛΟΓΟΥ Καθηγητής ΕΜΠ Αθήνα, Οκτώβριος 2005

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Αξιοποίηση της αρχιτεκτονικής υπηρεσιών ιστού σε ασύρµατα τηλεπικοινωνιακά περιβάλλοντα τέταρτης γενιάς. ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ των ΦΩΤΕΙΝΗ Ν. ΕΡΓΑ ΒΑΣΙΛΕΙΑ Ν. ΚΑΝΤΑΡΟΥ Επιβλέπων : ΜΙΧΑΗΛ ΘΕΟΛΟΓΟΥ Καθηγητής ΕΜΠ Εγκρίθηκε από την τριµελή εξεταστική επιτροπή την 13 η Οκτωβρίου 2005.......... Μ. Θεολόγου E. Συκάς Γ. Στασινόπουλος Αθήνα, Οκτώβριος 2005

... ΦΩΤΕΙΝΗ Ν. ΕΡΓΑ ιπλωµατούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π... ΒΑΣΙΛΕΙΑ Ν. ΚΑΝΤΑΡΟΥ ιπλωµατούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright Φωτεινή Ν. Εργά, Βασιλεία Ν. Κάνταρου, 2005 Με επιφύλαξη παντός δικαιώµατος. All rights reserved Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανοµή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τµήµατος αυτής, για εµπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανοµή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν µήνυµα. Ερωτήµατα που αφορούν στη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τους συγγραφείς. Οι απόψεις και τα συµπεράσµατα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τους συγγραφείς και δεν πρέπει να ερµηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσηµες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

Περίληψη Στα πλαίσια της διπλωµατικής αυτής εργασίας έγινε µελέτη των δυνατοτήτων των Web Services και της αρχιτεκτονικής τους, µε σκοπό να προταθεί ένας τρόπος αξιοποίησής τους στα δίκτυα τέταρτης γενιάς, κυρίως στη διαδικασία επιλογής δικτύου και επιλογής υπηρεσιών από τα τερµατικά. Μελετήθηκε το ετερογενές ασύρµατο περιβάλλον των δικτύων 4 ης γενιάς. Συγκεκριµένα, εξετάστηκαν τα σηµαντικότερα δίκτυα δεύτερης και τρίτης γενιάς (GSM, GPRS, EDGE, UMTS), τα τοπικά ασύρµατα δίκτυα (WLAN) και η τεχνολογία µετάδοσης ψηφιακού video DVB-T. Επιπλέον, παρουσιάστηκαν οι αναµενόµενες τεχνολογικές δυνατότητες των δικτύων 4 ης γενιάς, τα οποία αναµένεται να εµφανιστούν στην αγορά περί το 2010. Η ενσωµάτωση πολλών δικτύων στο ετερογενές 4G περιβάλλον δηµιουργεί την ανάγκη ύπαρξης µιας πλατφόρµας διαχείρισης. Για την επικοινωνία µεταξύ τερµατικών και πάροχων υπηρεσιών, στηριχτήκαµε στην πλατφόρµα CREDO. Μελετήσαµε τα βασικά χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής της και τον τρόπο µε τον οποίο γίνεται η επιλογή δικτύου. Μέσα από τη µελέτη της αρχιτεκτονικής των Web Services και των τεχνολογιών (XML, SOAP, WSDL, UDDI) που αυτά υποστηρίζουν, προέκυψε η ιδέα ενός νέου τρόπου υλοποίησης της πλατφόρµας διαχείρισης ώστε αυτή να αξιοποιεί τα πλεονεκτήµατά τους. Στη νέα πλατφόρµα διαχείρισης διατηρούνται οι οντότητες της αρχιτεκτονικής του Συστήµατος ιαχείρισης ικτύου και Υπηρεσιών (NSMS) του CREDO, αλλά τροποποιούνται οι ρόλοι τους ώστε να υποστηρίζεται η χρήση των Web Services ως µεσισµικό. Λέξεις Κλειδιά : 2G, 3G, GSM, GPRS, EDGE, UMTS, WLAN, DVB-T, 4G, ετερογενές περιβάλλον, περιαγωγή, κινητότητα, διαλειτουργικότητα, CREDO, επιλογή δικτύου, ιαχειριστής ικτύου, ιαχειριστής Συνεδρίας, ιαδικτυακές Υπηρεσίες, XML, SOAP, WSDL, UDDI, υπηρεσία, µεσισµικό.

Abstract The scope of this thesis is the study of the potential and the architecture of Web Services, in order to present an approach of their exploitation in 4 th generation wireless telecommunication environments, especially in the procedure of connectivity. At first, we studied the heterogeneous environment of the wireless 4 th generation network. Specifically, we examined the main networks of the 2 nd and 3 rd generation technology (GSM, GPRS, EDGE, and UMTS), the wireless local area networks (WLAN) and the video transmission technology DVB-T. Furthermore, we focused on the expected technological capabilities of 4G networks, expected to be launched around 2010. The integration of multiple networks in the heterogeneous 4G environment creates the need for a platform that handles the management of composite radio environments. For the communication between the terminals and the service providers, we used the CREDO platform. We studied its basic characteristics and the procedure followed for the network selection. Through the study of the Web Services architecture and the technologies (XML, SOAP, WSDL, UDDI) supported, this thesis proposes an implementation of the management platform, so that it exploits their advantages. In the proposed platform, the entities of CREDO s Network and Service Management System (NSMS) are preserved, but their function is modified in order to support the use of Web Services as middleware. Keywords: 2G, 3G, GSM, GPRS, EDGE, UMTS, WLAN, DVB-T, 4G, heterogeneous environment, roaming, mobility, interoperability, CREDO, connectivity, Network Manager, Session Manager, Web Services, XML, SOAP, WSDL, UDDI, service, middleware.

Πρόλογος Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε κατά τη διάρκεια του έτους 2005 από τις Φωτεινή Εργά και Βασιλεία Κάνταρου. Η υπόδειξη του θέµατος έγινε από τον καθηγητή κ. Μιχαήλ Θεολόγου, τον οποίο θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε θερµά, τόσο για το ενδιαφέρον που έδειξε, όσο και για τις προτάσεις και τις παρατηρήσεις, που έκανε, για τη βελτίωση της εργασίας. Καθοριστική στην πραγµατοποίηση αυτού του έργου ήταν και η συµµετοχή του διδακτορικού φοιτητή κ. Νίκου Κουτσούρη, τον οποίο είχαµε τη χαρά να έχουµε ως επιβλέποντα βοηθό. Η καθοδήγησή του, η επιµονή και η υποµονή του, καθώς επίσης και το ενδιαφέρον που έδειξε για το αντικείµενο της διπλωµατικής και για την πρόοδό της, ήταν σηµαντικοί παράγοντες που οδήγησαν στην επιτυχή ολοκλήρωσή της. Ακόµη, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον κ. Βασίλη ήµο για τις χρήσιµες συµβουλές του κατά τη συγγραφή της εργασίας. Ευχαριστούµε, τέλος, τις οικογένειές µας, που όλο αυτό το διάστηµα στήριξαν την προσπάθειά µας, σε όλες τις φάσεις της ανάπτυξης και υλοποίησης του έργου. Οκτώβριος 2005 Εργά Φωτεινή Κάνταρου Βασιλεία

Περιεχόµενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1 1.1 Αντικείµενο της ιπλωµατικής...1 1.2 Οργάνωση του Τόµου...2 2 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΙΚΤΥΑ 2 ΗΣ ΚΑΙ 3 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ...3 2.1 Εισαγωγή...3 2.2 GSM Global System for Mobile communications...8 2.2.1 Εισαγωγή...8 2.2.2 Περιγραφή του συστήµατος GSM...9 2.2.3 Προσφερόµενες υπηρεσίες...9 2.2.4 Βασικά χαρακτηριστικά του συστήµατος GSM...11 2.3 GPRS - General Packet Radio Service...12 2.3.1 Εισαγωγή...12 2.3.2 Χαρακτηριστικά του συστήµατος GPRS...12 2.3.3 Εφαρµογές GPRS...13 2.3.4 Πρόσβαση στην υπηρεσία...14 2.3.5 Τύποι τάξεων GPRS...14 2.3.6 Περιορισµοί...15 2.3.7 Καλύτερος κοµιστής ανά υπηρεσία...16 2.4 EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution...16 2.4.1 Περιγραφή του συστήµατος EDGE...16 2.5 UMTS - Universal Mobile Telecommunications System...17 2.5.1 Εισαγωγή...17 2.5.2 Υλοποιήσεις στον πραγµατικό κόσµο...18 2.5.3 Τεχνολογία UMTS...18 2.5.4 Εφαρµογές...19 2.5.5 Κατανοµή φάσµατος...20 2.5.6 Ενδολειτουργία και περιαγωγή...20 2.5.7 Σύγκριση UMTS και cdma2000...21 2.5.8 Προβλήµατα προς αντιµετώπιση...21 2.5.9 Συµπεράσµατα...22 2.6 WLAN Wireless Local Area Network...22 2.6.1 Εισαγωγή...22 2.6.2 Πλεονεκτήµατα των Ασύρµατων Τοπικών ικτύων...24 2.6.3 Κύρια συστατικά στοιχεία ενός Ασύρµατου Τοπικού ικτύου...24 2.6.4 Πρότυπα Ασύρµατων Τοπικών ικτύων...25 2.7 DVB-T - Digital Video Broadcasting Terrestrial...29 2.7.1 Βασικά Χαρακτηριστικά του DVB-T...29 2.7.2 Βασικοί Λόγοι για την Ανάπτυξη του DVB T...29 2.7.3 Προσφερόµενες Υπηρεσίες...30 Βιβλιογραφία...32 3 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΙΚΤΥΑ ΤΕΤΑΡΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ...33 3.1 Εισαγωγή...33 3.2 Γενικά χαρακτηριστικά δικτύων 4 ης γενιάς...35 3.2.1 Mobility Management...38 3.3 Υπηρεσίες 4G...38 i

3.4 Σύγκριση µε τα 3G...40 3.5 Τελευταία νέα για τα 4G δίκτυα...41 3.6 Πλατφόρµα ιαχείρισης Ετερογενών ικτύων...43 3.6.1 Επιλογή ικτύου Πρόσβασης...44 3.6.2 Οφέλη της Πλατφόρµας ιαχείρισης...44 3.6.3 Κριτήρια Επιλογής ικτύου Πρόσβασης...45 Βιβλιογραφία...47 4 Η ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ CREDO...49 4.1 Εισαγωγή...49 4.2 Κύρια χαρακτηριστικά υλοποίησης του ερευνητικού έργου CREDO..50 4.3 Το Σύστηµα ιαχείρισης ικτύου και Υπηρεσιών (NSMS)...52 4.4 Ο ιαχειριστής ικτύου (Network Manager)...53 4.5 Ο ιαχειριστής Συνεδρίας (Session Manager)...55 4.6 Σύστηµα Λογαριασµών (Accounting System)...57 4.7 Η Πλατφόρµα Εξοµοίωσης για Αξιολόγηση Φορτίου (Simulation platform for load evaluation)...59 Βιβλιογραφία...61 5 ΙΑ ΙΚΤΥΑΚΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ (WEB SERVICES)...63 5.1 Ορισµός...63 5.2 Το Μοντέλο των ιαδικτυακών Υπηρεσιών...65 5.3 Η Αρχιτεκτονική των Web Services...68 5.4 Περιγραφή Πρωτοκόλλων...71 5.4.1 HTTP (HyperText Transfer Protocol)...71 5.4.2 WSDL (Web Services Description Language)...72 5.4.3 SOAP (Simple Object Access Protocol)...74 5.4.3.1 Ορισµός και περιγραφή του πρωτοκόλλου SOAP...74 5.4.3.2 οµή ενός µηνύµατος SOAP...75 5.4.3.3 Λειτουργία του SOAP πάνω από το HTTP...76 5.4.4 UDDI (Universal Description, Definition and Integration)...77 5.5 Ασφάλεια...78 5.5.1 SSL (Secure Shell Layer)...81 Βιβλιογραφία...82 6 ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΙΑ ΙΚΤΥΑΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ...83 6.1 Στόχος...83 6.2 Υπάρχουσα αρχιτεκτονική CREDO...84 6.3 Επιλογή των Web Services ως µεσισµικό...87 6.4 Προτεινόµενη αρχιτεκτονική µε χρήση Web Services...90 6.5 Service Request XML µήνυµα...92 6.6 Επικοινωνία Session Manager µε τον UDDI Κατάλογο...97 6.7 WSDL έγγραφο περιγραφή υπηρεσίας...99 6.8 SOAP Μήνυµα...102 6.9 Σενάριο Αίτησης Υπηρεσίας...103 6.10 Συµπεράσµατα...107 6.11 Επεκτάσεις...108 Βιβλιογραφία...109 ii

Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 2.1 Χαρακτηριστικά 1G, 2G, 2.5G, 3G και 4G δικτύων...6 Πίνακας 3.1 Σύγκριση 3G και 4G...40 Πίνακας 6.1 Σύγκριση µεταξύ CORBA και Web services...89 Κατάλογος Σχηµάτων Σχήµα 3.1 Τα 4 ης γενιάς δίκτυα...34 Σχήµα 3.2 Αρχιτεκτονική ενός ολοκληρωµένου ασύρµατης πρόσβασης δίκτυο...37 Σχήµα 4.1 οµή ενός τοπικού NSMS...52 Σχήµα 5.1 Βασικά χαρακτηριστικά των Web Services...64 Σχήµα 5.2 Αρχιτεκτονική των Web Services...67 Σχήµα 5.3 Στοίβα των Web Services...68 Σχήµα 5.4 Η σχέση ανάµεσα στα πρωτόκολλα...71 Σχήµα 5.5 οµή εγγράφου WSDL...73 Σχήµα 5.6 οµή µηνύµατος SOAP...76 Σχήµα 6.1 Τυπικό σενάριο αίτησης υπηρεσίας στην πλατφόρµα του CREDO...85 Σχήµα 6.2 Αρχιτεκτονική CORBA...87 Σχήµα 6.3 Τυπικό σενάριο αίτησης υπηρεσίας µέσω Web Services...91 Σχήµα 6.4 Κατάλογος UDDI...97 Σχήµα 6.5 Web service definition...100 Σχήµα 6.6 UML διάγραµµα αίτησης υπηρεσίας...106 iii

iv

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο εισαγωγικό αυτό κεφάλαιο, παρουσιάζεται η γνωστική περιοχή και το θέµα στο οποίο στηρίζεται η διπλωµατική εργασία, καθώς και η οργάνωση του τόµου σε κεφάλαια. Η τεχνολογία των Web Services είναι τον τελευταίο καιρό στο επίκεντρο της επιστηµονικής έρευνας στο χώρο των δικτύων. Αποτελεί µια νέα γενιά υπηρεσιών και εφαρµογών, οι οποίες µπορούν να επικοινωνούν χρησιµοποιώντας ανοικτά πρωτόκολλα, ώστε να καθίσταται εφικτή η συνεργασία και η αλληλεπίδραση µεταξύ εφαρµογών που αναπτύχθηκαν από διαφορετικούς φορείς σε διαφορετικό χρόνο. Βασίζεται στις τεχνολογίες XML, SOAP, WSDL και UDDI. Τα ασύρµατα δίκτυα τέταρτης γενιάς είναι ετερογενή δίκτυα, τα οποία ενσωµατώνουν τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα δεύτερης και τρίτης γενιάς (π.χ GSM, GPRS, EDGE, UMTS), τοπικά ασύρµατα δίκτυα (WLAN), τεχνολογίες µετάδοσης ψηφιακού video (π.χ DVB-T), κ.α. Τα τερµατικά τέταρτης γενιάς θα µπορούν να λειτουργούν σε παραπάνω από ένα ασύρµατα δίκτυα και να επιλέγουν το καταλληλότερο κάθε φορά, µε βάση τις ανάγκες τους σε δικτυακούς πόρους και κάποια ακόµη κριτήρια, όπως π.χ το κόστος. 1.1 Αντικείµενο της ιπλωµατικής Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η διασύνδεση των ιαδικτυακών Υπηρεσιών µε τα δίκτυα τέταρτης γενιάς για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας επιλογής δικτύου (connectivity). Προτείνεται µια αρχιτεκτονική πλατφόρµας διαχείρισης του ετερογενούς περιβάλλοντος που εισάγουν τα 4G δίκτυα, η οποία κάνει χρήση των δυνατοτήτων των Web Services. Το ζητούµενο είναι η χωρίς ασυνέχειες µεταγωγή από το ένα δίκτυο στο άλλο, σύµφωνα µε τις επικρατούσες συνθήκες και τις απαιτήσεις του χρήστη, µέσω αναγωγής της διαδικασίας επιλογής δικτύου σε ξεχωριστή υπηρεσία. 1

1.2 Οργάνωση του Τόµου Ο τόµος της παρούσας διπλωµατικής έχει οργανωθεί σε 6 κεφάλαια, τα οποία ακολουθούν τη διαδικασία ανάπτυξης της διπλωµατικής που αναφέρθηκε προηγουµένως και περιλαµβάνουν όλα τα έγγραφα που εκπονήθηκαν : Το 1 ο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό και παρουσιάζει σε γενικές γραµµές το αντικείµενο, το οποίο πραγµατεύεται η διπλωµατική εργασία. Το 2 ο κεφάλαιο περιλαµβάνει µια περιγραφή των ασύρµατων δικτύων 2 ης και 3 ης γενιάς. Το 3 ο κεφάλαιο αναφέρεται στα 4 ης γενιάς δίκτυα και τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Το 4 ο κεφάλαιο παρουσιάζει την πλατφόρµα διαχείρισης CREDO. Το 5 ο κεφάλαιο αποτελεί µια εισαγωγή στις ιαδικτυακές Υπηρεσίες και τις τεχνολογίες στις οποίες βασίζονται. Στο 6 ο κεφάλαιο παρουσιάζεται µια προτεινόµενη αρχιτεκτονική µιας πλατφόρµας διαχείρισης για την επιλογή δικτύου, µε χρήση των ιαδικτυακών Υπηρεσιών, στα 4 ης γενιάς ασύρµατα δίκτυα. 2

2 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΙΚΤΥΑ 2 ΗΣ ΚΑΙ 3 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Στο παρόν κεφάλαιο, αναλύονται πλήρως τα ασύρµατα συστήµατα 2 ης και 3 ης γενιάς. Αρχικά, γίνεται µια ιστορική αναδροµή για το πως φτάσαµε, από την εµφάνιση του πρώτου κυψελωτού δικτύου, µέχρι την αναµονή της εισαγωγής των δικτύων 4 ης γενιάς στην αγορά. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά σε καθένα από τα σηµαντικότερα συστήµατα ξεχωριστά, αναλύοντας τα βασικά χαρακτηριστικά τους και τις προσφερόµενες από αυτά υπηρεσίες. Ειδικότερα, αναφέρονται τα δίκτυα : GSM, GPRS, EDGE και UMTS. Τέλος, γίνεται λόγος και για τα ασύρµατα τοπικά δίκτυα (WLAN) και το πρότυπο ψηφιακής µετάδοσης video και δεδοµένων, DVB-T. 2.1 Εισαγωγή Από το έτος 1979 όπου και λειτούργησε το πρώτο παγκοσµίως κυψελωτό σύστηµα στην Ιαπωνία µέχρι τις µέρες µας, η ανάπτυξη των ασύρµατων συστηµάτων επικοινωνίας υπήρξε ραγδαία. Στο διάστηµα αυτών των χρόνων αναπτύχθηκαν πολλά συστήµατα που αντικατέστησαν ή συµπλήρωσαν τη λειτουργία παλαιότερων δικτύων και προσέφεραν την εµπειρία σηµαντικών εφαρµογών. Το κάθε σύστηµα από αυτά ανήκει σε κάποια τεχνολογική γενιά που διακρίνεται από κάποια βασικά χαρακτηριστικά. Με τεχνικούς όρους, οι γενιές τηλεπικοινωνιακών συστηµάτων ορίζονται ως εξής : 3

0G : ARP 1G : NMT AMPS TACS 2G : GSM i-den D-AMPS cdmaone PDC 2,5G : GPRS 2,75G : EDGE 3G : W-CDMA UMTS FOMA CDMA2000 TD-SCDMA 3,5G : HSDPA 3,75G : HSUPA 3,99G : Evolved UMTS 4G Πρώτης γενιάς δίκτυα (1G) είναι τα πρώτα αναλογικά κυψελωτά συστήµατα που ξεκίνησαν στις αρχές της δεκαετίας του 80. Τα βασικά χαρακτηριστικά τους ήταν η αναλογική διαµόρφωση FM και η τεχνική FDD (Frequency Division Duplexing Αµφιδρόµηση ιαίρεσης Συχνότητας). Παραδείγµατα τέτοιων δικτύων είναι το AMPS (Advanced Mobile Phone System), το οποίο αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980 στις Ηνωµένες Πολιτείες, το ΝΜΤ (Nordic Mobile Telephone), το οποίο τέθηκε σε λειτουργία την ίδια περίοδο στις Σκανδιναβικές Χώρες και στη συνέχεια επεκτάθηκε σε Ανατολική Ευρώπη και Ρωσία και το TACS (Total Access Communication System), µε έδρα λειτουργίας τη Μεγάλη Βρετανία. Η µετάβαση από τα κυψελωτά συστήµατα 1 ης γενιάς σε εκείνα της 2 ης γενιάς σηµαδεύτηκε από την εισαγωγή των ψηφιακών τεχνικών. Τα 2 ης γενιάς δίκτυα (2G) είναι τα πρώτα ψηφιακά κυψελωτά συστήµατα που πρωτοεµφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 90. Η ανάπτυξη των συστηµάτων αυτών 4

βασίστηκε στη χρήση ψηφιακών επεξεργαστών σηµάτων, καθώς και σε µια σειρά από επεκτάσεις των αλγορίθµων συµπίεσης, µε αποτέλεσµα τη βελτίωση της ποιότητας µετάδοσης και την αύξηση της χωρητικότητας συστήµατος και της περιοχής κάλυψης. Με τα συστήµατα 2 ης γενιάς σηµειώθηκε σηµαντική βελτίωση στην ποιότητα φωνής, καθώς η ψηφιακά κωδικοποιηµένη πληροφορία υπόκειται σε ασθενέστερη παραµόρφωση σε σχέση µε την αναλογική πληροφορία, ενώ παράλληλα έγινε δυνατή η χρήση πολυπλεξίας µε περισσότερο αποτελεσµατικό τρόπο, µε αποτέλεσµα την αύξηση της χωρητικότητας. Η 2 η γενιά δικτύων παρέχει στους χρήστες τη δυνατότητα περιαγωγής, προσφέροντας τους χωρίς ασυνέχειες επικοινωνία ανεξαρτήτου της τοποθεσίας στην οποία βρίσκονται. Η δυνατότητα περιαγωγής έγινε ο πρόδροµος για την ανάπτυξη πολλών εφαρµογών και έφερε την κινητότητα στη ζωή µας. Πλέον, η κινητότητα θεωρείται ως η θεµελιώδης πλευρά κάθε εφαρµογής. Η δυνατότητα όµως υποστήριξης υπηρεσιών δεδοµένων είναι περιορισµένη στα 2 ης γενιάς δίκτυα. Η ανάγκη για υπηρεσίες µεταφοράς δεδοµένων οδήγησε στην εισαγωγή των συστηµάτων GPRS και EDGE, δυο συστηµάτων που ανήκουν στη χρονική περίοδο ανάµεσα στη 2 η και την επόµενη γενιά. Πράγµατι, η ανάγκη για παροχή υπηρεσιών µε υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης, ώστε να µεταδίδονται εικόνες υψηλής ποιότητας και video πραγµατικού χρόνου ή να παρέχεται πρόσβαση στο ιαδίκτυο µε υψηλές ταχύτητες, οδήγησε στη σχεδίαση των συστηµάτων 3 ης γενιάς (3G). Βασικό χαρακτηριστικό τους είναι η υποστήριξη εφαρµογών πολυµέσων και η δυνατότητα πρόσβασης σε πληροφορίες και υπηρεσίες µε υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης των 384 Kbps. Τα δίκτυα 3 ης γενιάς δεν θα αντικαταστήσουν τα δίκτυα 2 ης γενιάς, τα οποία θα συνεχίσουν να αναπτύσσονται. Κύριο πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται είναι το W-CDMA, στο οποίο στηρίζεται το πιο γνωστό δίκτυο 3 ης γενιάς, το UMTS. Ωστόσο, η αποτυχία του W-CDMA να προσδώσει την αληθινή εµπειρία τρίτης γενιάς, ανάγκασε τη βιοµηχανία να αρχίσει νωρίτερα από το προβλεπόµενο την υλοποίηση των HSDPA και HSUPA (3,5G). Τα συστήµατα αυτά προσφέρουν αληθινές 3G εφαρµογές, αν και αυτές οι υψηλής ταχύτητας υπηρεσίες είναι για περιορισµένο αριθµό πελατών, γεγονός που θα οδηγήσει σε συµφόρηση αυτών των δικτύων. Εξαιτίας του κινδύνου κορεσµού των HSDPA και HSUPA συστηµάτων, αλλά και για την αποφυγή κενού στην τεχνολογία ανάµεσα στα 3,5G και την επόµενη γενιά (4G), µελετάται η εισαγωγή του Super 3G ή αλλιώς Evolved UMTS (3,99G) µέχρι τον Ιούνιο του 2007. Το Evolved UMTS θα προσφέρει ταχύτητες από 30Mbps έως και 100Mbps. Ανεξαρτήτου πορείας που θα ακολουθηθεί, τα Super 3G θα καθυστερήσουν την εισαγωγή της 4 ης γενιάς (4G) στη βιοµηχανία. Η επόµενη γενιά, γνωστή ως 4G, αναµένεται να δηµιουργήσει ένα ετερογενές δίκτυο, περιλαµβάνοντας έναν αυξανόµενο αριθµό διαφορετικών δικτύων πρόσβασης και τερµατικών, που θα επιτρέψει την εισαγωγή και παροχή πρόσβασης σε πολυάριθµες και πλούσιες σε χαρακτηριστικά υπηρεσίες. Σε αυτήν θα ενσωµατώνονται τα 2 ης και 3 ης γενιάς 5

δίκτυα, µε βασικό χαρακτηριστικό την περιαγωγή από το ένα σύστηµα στο άλλο ανάλογα µε κάποια κριτήρια επιλογής. Από το έτος 2010, οπότε και προβλέπεται η εισαγωγή τους, θα υπάρχει βέλτιστη πρόσβαση σε ψηφιακές υπηρεσίες οποτεδήποτε και οπουδήποτε, ανεξαρτήτως δικτύου ή τερµατικού και ανάλογα µε τις προτιµήσεις κάθε χρήστη. Στη συνέχεια, παρατίθεται ένας συνοπτικός πίνακας µε τα χαρακτηριστικά κάθε γενιάς : Πίνακας 2.1 Χαρακτηριστικά 1G, 2G, 2.5G, 3G και 4G δικτύων Πριν την εξέταση των βασικών δικτύων δεύτερης και τρίτης γενιάς, γίνεται µια ανάλυση των συµβαλλοµένων στην αλυσίδα αξίας της κινητής τηλεφωνίας (mobile value chain), προς διευκόλυνση του αναγνώστη. Υπάρχουν έξι οντότητες µέσα στην αλυσίδα της κινητής τηλεφωνίας που καθεµία παίζει κάποιο ρόλο και έχει άµεση ή έµµεση σχέση µε κάποια άλλη οντότητα. Αν έστω και µία από αυτές λείπει δεν υπάρχει ανάπτυξη της τεχνολογίας. Αυτές είναι : οι πελάτες, οι πάροχοι δικτύου, οι πωλητές υποδοµών και τερµατικών, οι σχεδιαστές εφαρµογών και τα κανάλια πληροφορικής. Ένας πολύ σηµαντικός κρίκος της αλυσίδας είναι οι πελάτες. Χωρίς την ύπαρξη των καταναλωτών όλες οι άλλες οντότητες είναι άχρηστες. Είναι γεγονός ότι χωρίς αυτούς δεν υπάρχει ζήτηση στην αγορά και, εποµένως, λόγος να παρέχονται υπηρεσίες από τους πάροχους, να κατασκευάζονται προϊόντα από τους πωλητές, να εγκαθίστανται κανάλια και να αναπτύσσονται τεχνολογίες από τους σχεδιαστές. Οι πελάτες, συνήθως, έρχονται σε επαφή µε τους πάροχους δικτύου και, σε περιπτώσεις που θέλουν κάτι εξεζητηµένο, µε τους σχεδιαστές εφαρµογών. 6

Οι πωλητές προµηθεύουν στους πελάτες τον εξοπλισµό και την τεχνολογία ώστε να γίνει η υπηρεσία από θεωρία πράξη. Είναι, επίσης, µία σηµαντική οντότητα γιατί χωρίς υποδοµή δικτύου που θα κάνει την υπηρεσία οικονοµική και εποµένως ευρέως εφαρµόσιµη ή χωρίς διαθέσιµα τερµατικά σε εµπορικές ποσότητες και λογικές τιµές η αγορά δεν µπορεί να αναπτυχθεί. Συνήθως, έρχονται σε επαφή µε τους πάροχους, στους οποίους πουλούν την υποδοµή δικτύου και τα κανάλια στα οποία διανέµουν τα τερµατικά τους. Οι σχεδιαστές εφαρµογών αναπτύσσουν εφαρµογές είτε για µαζικές πωλήσεις, είτε για έναν ιδιώτη ανάλογα µε τις απαιτήσεις του, είτε υβριδικές που προσαρµόζονται στις ανάγκες του κάθε χρήστη. Οι υπηρεσίες, γενικά, είναι ένα µέσο για κάποιο σκοπό και όχι ο ίδιος ο σκοπός. Οι σχεδιαστές έχουν ακριβώς αυτό το ρόλο: να αναπτύσσουν εφαρµογές για την πραγµατοποίηση σκοπών που θα γίνουν καθηµερινή συνήθεια και µία χείρα βοηθείας για τους χρήστες. Έρχονται σε επαφή µε όλους τους υπόλοιπους κρίκους της αλυσίδας. Οι πελάτες θέλουν να µπορούν να µαθαίνουν και να γίνονται συνδροµητές υπηρεσιών µε βολικό και εύκολο τρόπο. Τα κανάλια πληροφορικής είναι αυτά που αναλαµβάνουν να κάνουν τα παραπάνω. ιαφορετικές οµάδες πελατών προτιµούν να χρησιµοποιούν διαφορετικά κανάλια ανάλογα µε τις απαιτήσεις τους. Σε µερικές περιπτώσεις δε οι πελάτες απευθύνονται κατευθείαν στους πάροχους. Ένα κανάλι πληροφορικής µπορεί να είναι ένα περιοδικό ή ένα κατάστηµα λιανικής. Τα κανάλια συνδέονται µε τους πελάτες που αγοράζουν από αυτά, τους πωλητές που τα προµηθεύουν και τους πάροχους που τα πλησιάζουν για να πουλάνε εξοπλισµό σύµφωνο µε το δικό τους παρεχόµενο δίκτυο. Οι δραστηριότητες που εκτελεί ένα πάροχος είναι σηµαντικές για τον καθορισµό της επιτυχίας µιας υπηρεσίας. Οι πάροχοι αποφασίζουν σε ποιες υποδοµές δικτύου θα επενδύσουν χρήµατα, ποιες υπηρεσίες θα υποστηρίξουν και πόσους πόρους θα αφιερώσουν για τη µόρφωση των πελατών γύρω από τη διαθεσιµότητα και τις χρήσεις της τεχνολογίας. Οι πάροχοι έρχονται σε επαφή µε όλες τις οντότητες της αλυσίδας, γεγονός που τους προσδίδει έναν κεντρικό και µεγάλης σηµασίας ρόλο. 7

2.2 GSM Global System for Mobile communications 2.2.1 Εισαγωγή Το GSM, ή κατά την ελληνική ορολογία Παγκόσµιο Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών, γεννήθηκε µέσα από την ανάγκη για ένα πανευρωπαϊκό δηµόσιο σύστηµα κινητών επικοινωνιών. Η ταχεία ανάπτυξη των αναλογικών κυψελωτών τηλεφωνικών συστηµάτων στην Ευρώπη κατά τις αρχές της δεκαετίας του 1980, και κυρίως στο Ηνωµένο Βασίλειο, τις Σκανδιναβικές χώρες, τη Γαλλία και τη Γερµανία, συνοδεύτηκε από την ανάπτυξη αυτόνοµων συστηµάτων από κάθε χώρα, καθένα από τα οποία όµως ήταν ασύµβατο µε τα υπόλοιπα ως προς τον εξοπλισµό και τη λειτουργία. Αυτό είχε ως αποτέλεσµα αφενός τον περιορισµό της λειτουργίας του κινητού εξοπλισµού εντός εθνικών συνόρων, κάτι που σε µια ενοποιηµένη Ευρώπη ήταν ανεπίτρεπτο, και αφετέρου την ύπαρξη µιας πολύ περιορισµένης αγοράς για το κάθε είδος εξοπλισµού. Το 1982 η Ευρωπαϊκή ιάσκεψη ιοικήσεων Ταχυδροµείων και Τηλεπικοινωνιών (CEPT) διαµόρφωσε µια οµάδα µελέτης, αποκαλούµενη Groupe Special Mobile (GSM), µε στόχο την ανάπτυξη ενός πανευρωπαϊκού συστήµατος κινητών επικοινωνιών, το οποίο έπρεπε να πληροί ορισµένα κριτήρια : Υψηλή λεκτική ποιότητα Χαµηλό κόστος τερµατικών και υπηρεσιών Υποστήριξη της διεθνούς περιαγωγής υνατότητα να υποστηριχθούν φορητά τερµατικά Υποστήριξη µιας νέας σειράς υπηρεσιών και εγκαταστάσεων Φασµατική αποδοτικότητα Συµβατότητα µε το σύστηµα ISDN Το 1989, η ευθύνη για το GSM µεταβιβάστηκε στο Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Τυποποίησης των Τηλεπικοινωνιών (ETSI), και η φάση I των προδιαγραφών GSM δηµοσιεύθηκε το 1990. Η εµπορική υπηρεσία άρχισε στα µέσα του 1991, και µέχρι το 1993 υπήρχαν 36 δίκτυα GSM σε 22 χώρες. Το GSM διαφέρει σηµαντικά από τους προκάτοχούς του, κυρίως επειδή τα κανάλια σηµατοδότησης και οµιλίας που χρησιµοποιεί είναι ψηφιακά. Πριν την εµφάνιση του, τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών ήταν αναλογικά και αποτελούσαν τα λεγόµενα συστήµατα 1 ης γενιάς (1G). Το GSM εγκαινίασε µια νέα γενιά συστηµάτων κινητών επικοινωνιών, τα 8

συστήµατα 2 ης γενιάς (2G), τα οποία εισήγαγαν σηµαντική βελτίωση στην ποιότητα µετάδοσης και αύξηση της χωρητικότητας συστήµατος και της περιοχής κάλυψης. Αν και τυποποιήθηκε στην Ευρώπη, το GSM δεν αποτελεί µόνο ευρωπαϊκό πρότυπο. Σήµερα, περισσότερο από το 99% του πληθυσµού του πλανήτη ζει σε χώρες και περιοχές που διαθέτουν κάλυψη από το δίκτυο αυτό, σύµφωνα µε έρευνα της υπηρεσίας Informa Telecoms & Media, World Cellular Information Service τον Ιούλιο του 2005. Για παράδειγµα, στη Βόρειο Αµερική αναπτύχθηκε το σύστηµα PCS1900, παράγωγο του GSM. Με παραπάνω από 1,36 δισεκατοµµύρια συνδροµητές, το GSM αποτελεί το πλέον ευρέως χρησιµοποιούµενο ψηφιακό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας στον κόσµο, καταλαµβάνοντας το 70% της διεθνούς αγοράς, ενώ το ακρωνύµιο GSM έχει καθιερωθεί να αποδίδεται ως Global System for Mobile Communications (Παγκόσµιο Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών). 2.2.2 Περιγραφή του συστήµατος GSM Το GSM είναι ένα ανοικτό, µη ιδιόκτητο σύστηµα, το οποίο διαρκώς αναπτύσσεται ώστε να διατηρεί αυξανόµενο ανταγωνιστικό πλεονέκτηµα σε όρους ποιότητας και κόστους. Σήµερα, υπεύθυνο για την ανάπτυξη του συστήµατος είναι το 3GPP (3 rd Generation Partnership Project), µια κοινοπραξία που συνάφθηκε το εκέµβριο του 1998 µεταξύ των οργανισµών ETSI - European Telecommunications Standards Institute (Ευρώπη), ARIB/TTC - Association of Radio Industries and Businesses (Ιαπωνία), CCSA - China Communications Standards Association (Κίνα), ATIS - Alliance for Telecommunications Industry Solutions (Βόρειος Αµερική) και TTA - Telecommunications Technology Association (Νότια Κορέα). Σκοπός του 3GPP είναι η ανάπτυξη των προδιαγραφών για τη δηµιουργία ενός παγκοσµίως εφαρµόσιµου δικτύου κινητών επικοινωνιών 3 ης γενιάς (3G) µέσα στο πλαίσιο του προγράµµατος ΙΜΤ-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), το οποίο τελεί υπό την αιγίδα της ιεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU - International Telecommunications Union). Οι προδιαγραφές που αναπτύσσονται από το 3GPP βασίζονται στην εξέλιξη των προδιαγραφών του συστήµατος GSM και οδήγησαν στη δηµιουργία ενός νέου συστήµατος 3 ης γενιάς, γνωστού ως UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - Παγκόσµιο Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών). 2.2.3 Προσφερόµενες υπηρεσίες Το σύστηµα GSM προσφέρει στους συνδροµητές του µια ποικιλία υπηρεσιών. Η πιο σηµαντική από αυτές είναι η πραγµατοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων υψηλής ευκρίνειας, 9

αφού η φωνή κωδικοποιείται ψηφιακά µέσω ενός µοναδικού κώδικα, ο οποίος µιµείται τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης οµιλίας. Μέσω του δικτύου GSM είναι δυνατή η αποστολή και λήψη δεδοµένων, µε ρυθµό που φτάνει µέχρι και τα 9600 bps, σε χρήστες των δικτύων POTS (Plain Old Telephone Service - Συµβατική Τηλεφωνική Υπηρεσία), ISDN (Integrated Services Digital Network - Ψηφιακό ίκτυο Ενοποιηµένων Υπηρεσιών), Packet Switched Public Data Networks ( ηµόσια ίκτυα Μεταγωγής Πακέτων), και Circuit Switched Public Data Networks ( ηµόσια ίκτυα Μεταγωγής Κυκλώµατος), µε χρήση µιας ποικιλίας µεθόδων και πρωτοκόλλων, όπως το Χ.25 και το Χ.32. Από την πλευρά του καταναλωτικού κοινού, το βασικότερο πλεονέκτηµα του συστήµατος GSM υπήρξε η υψηλότερη ποιότητα φωνής που προσέφερε η ψηφιακή κωδικοποίηση και οι χαµηλού κόστους εναλλακτικές επικοινωνίας, όπως η αποστολή γραπτών µηνυµάτων µέσω της αµφίδροµης υπηρεσίας SMS (Short Message Service), η οποία επιτρέπει την αποστολή σύντοµων αλφανουµερικών µηνυµάτων (µέχρι 160 bytes). Για τους χειριστές του δικτύου GSM, το κύριο πλεονέκτηµά του έγκειται στη δυνατότητα ανάπτυξης εξοπλισµού από διαφορετικούς προµηθευτές, αφού το GSM, ως ανοικτό πρότυπο, επιτρέπει την εύκολη διαλειτουργικότητα. Πάνω από 8000 σελίδες προδιαγραφών καθορίζουν λεπτοµερώς τις λειτουργίες και τις απαιτήσεις διεπαφών του συστήµατος, προσφέροντας επαρκή προτυποποίηση ώστε να εξασφαλίζεται η σωστή διαλειτουργικότητα µεταξύ των συστατικών του. Ωστόσο, οι προδιαγραφές αυτές αποτελούν συστάσεις και όχι απαιτήσεις, αφού δεν προσδιορίζουν το ακριβές υλισµικό που θα χρησιµοποιηθεί, επιτρέποντας ευελιξία και ανταγωνιστική καινοτοµία µεταξύ των προµηθευτών. Με τον τρόπο αυτό δεν περιορίζονται οι σχεδιαστές και επιπλέον καθίσταται δυνατό για τους χειριστές να αγοράσουν εξοπλισµό από διαφορετικούς προµηθευτές. Η ιδιότητα του ανοικτού προτύπου καθιστά δυνατή και µια άλλη πολύ σηµαντική δυνατότητα του συστήµατος GSM, αυτή της διεθνούς περιαγωγής (roaming). Μέσω της υπηρεσίας αυτής οι χειριστές των δικτύων µπορούν να συνάπτουν συµφωνίες συνεργασίας που δίνουν στους συνδροµητές τους τη δυνατότητα να κάνουν χρήση του κινητού εξοπλισµού τους σε ολόκληρο τον κόσµο, ακόµα και σε περιοχές που δεν υπάρχει κάλυψη από το δίκτυο στο οποίο είναι εγγεγραµµένοι, κάνοντας χρήση άλλων δικτύων. Επιπλέον, το σύστηµα GSM υποστηρίζει και µια σειρά από συµπληρωµατικές υπηρεσίες, όπως προώθηση κλήσεων, φραγή εισερχόµενων ή εξερχόµενων κλήσεων, αναγνώριση και αναµονή κλήσεων και πολυµερείς τηλεφωνικές συνοµιλίες. Από άποψη προσφερόµενων υπηρεσιών και σηµατοδοσίας ελέγχου, το GSM είναι συµβατό µε το δίκτυο ISDN (Integrated Services Digital Network Ψηφιακό ίκτυο Ενοποιηµένων Υπηρεσιών), το οποίο αποτελεί ένα δίκτυο µεταγωγής κυκλώµατος για ψηφιακή µετάδοση φωνής και δεδοµένων µέσω των κοινών τηλεφωνικών χάλκινων αγωγών, 10

µε αποτέλεσµα καλύτερη ποιότητα και υψηλότερες ταχύτητες από αυτές που προσφέρουν τα αντίστοιχα αναλογικά συστήµατα. 2.2.4 Βασικά χαρακτηριστικά του συστήµατος GSM Από πλευράς αρχιτεκτονικής, το δίκτυο GSM αποτελείται από ποικίλες λειτουργικές οντότητες, η καθεµία µε καθορισµένες λειτουργίες και διεπαφές που επιτρέπουν τη µεταξύ τους επικοινωνία. Τα κύρια συστατικά στοιχεία της δοµής ενός συστήµατος GSM είναι : Ο Κινητός Σταθµός (Mobile Station MS), ο οποίος βρίσκεται στην κατοχή του συνδροµητή. Το Υποσύστηµα Σταθµού Βάσης (Base Station Subsystem BSS), που είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο της ραδιοζεύξης µε τον Κινητό Σταθµό. Περιλαµβάνει τους σταθµούς βάσης και τους ελεγκτές τους. Το Υποσύστηµα ικτύου (Network SubSystem NSS), το κύριο τµήµα του οποίου είναι το Κέντρο Μεταγωγής Κινητών Σταθµών (Mobile services Switching Center MSC). Το MSC εκτελεί τη λειτουργία της µεταγωγής κλήσεων µεταξύ των χρηστών ενός κινητού τηλεφωνικού δικτύου µε άλλους χρήστες κινητών ή σταθερών δικτύων. Επιπλέον είναι επιφορτισµένο και µε την εκτέλεση των λειτουργιών διαχείρισης κινητότητας. To Κέντρο Λειτουργιών και Συντήρησης (Operations and Maintenance Center) που επιβλέπει τη σωστή λειτουργία και διάταξη του συνολικού δικτύου. Το ίκτυο Κορµού GPRS (GPRS Core Network), το οποίο αποτελεί προαιρετικό τµήµα του δικτύου GSM για συνδέσεις µεταγωγής πακέτων µε το Internet. Τα δίκτυα GSM καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα ραδιοσυχνοτήτων. Τα περισσότερα από αυτά λειτουργούν στα 900 MHz και/ή στα 1800 MHz. Εξαίρεση αποτελούν τα GSM δίκτυα σε ΗΠΑ και Καναδά που λειτουργούν στα 850 MHz και/ή στα 1800 MHz. Το σχήµα διαµόρφωσης που χρησιµοποιείται είναι το GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying Χειρισµός Ελάχιστης Μετατόπισης Gauss). Σ αυτόν τον τύπο διαµόρφωσης, το σήµα περνάει µέσα από ένα βαθυπερατό φίλτρο Gauss προτού να σταλεί στο διαµορφωτή συχνότητας, µε αποτέλεσµα τη σηµαντική µείωση των παρεµβολών σε γειτονικά κανάλια. Η µέθοδος πολυπλεξίας που υιοθετήθηκε από το GSM είναι ένας συνδυασµός TDMA/FDMA (Time Division Multiple Access - Πολλαπλή Πρόσβαση ιαίρεσης Χρόνου / Frequency Division Multiple Access - Πολλαπλή Πρόσβαση ιαίρεσης Συχνότητας). 11

Σε ότι αφορά στους ρυθµούς µετάδοσης στα κανάλια κίνησης, αυτοί ποικίλουν και κυµαίνονται στα 22.8 Κbps και 11.4 Κbps για ολόρρυθµη και ηµίρρυθµη µετάδοση φωνής αντίστοιχα, ενώ για µετάδοση δεδοµένων είναι σαφώς µικρότεροι µε τιµές 9.6, 4.8 ή 2.4 Κbps ανάλογα µε το δίκτυο. Επιπλέον, το σύστηµα GSM προσφέρει ένα µέτριο επίπεδο ασφάλειας, κάνοντας χρήση ρευµατικής κρυπτογράφησης και κυρίως των αλγορίθµων Α5/1 και Α5/2. 2.3 GPRS - General Packet Radio Service 2.3.1 Εισαγωγή Το GPRS (General Packet Radio Service - Γενική Ραδιοϋπηρεσία Μεταγωγής Πακέτου) είναι µια µη φωνητική, προστιθέµενης αξίας υπηρεσία η οποία επιτρέπει την αποστολή και λήψη πληροφορίας πάνω σε ένα κινητό τηλεπικοινωνιακό δίκτυο. Συχνά, χαρακτηρίζεται ως 2.5G που είναι η τεχνολογία ανάµεσα στη δεύτερη (2G) και τρίτη (3G) γενιά κινητής τηλεφωνίας. Πρόκειται για ένα σύστηµα που αναπτύχθηκε πάνω στη βάση του ήδη υπάρχοντος GSM ώστε να παρέχει τις τόσο αναγκαίες υπηρεσίες µεταφοράς δεδοµένων µέσω πακέτων. Η λειτουργία του συµπληρώνει τις υπηρεσίες σύντοµων µηνυµάτων (SMS) και µεταγωγής κυκλώµατος για µεταφορά δεδοµένων (CSD). Για να επιτραπεί η λειτουργία GPRS πάνω στο δίκτυο GSM απαιτείται η πρόσθεση δυο κεντρικών τµηµάτων : του GGSN ( Gateway GPRS Support Node πύλη ανάµεσα στο δίκτυο GPRS και τα ηµόσια δίκτυα δεδοµένων, όπως τα X.25 και IP, αλλά και σύνδεση του µε άλλα δίκτυα GPRS για περιαγωγή) και του SGSN ( Serving GPRS Support Node κόµβος που παρέχει δροµολόγηση πακέτων από και προς την περιοχή που εξυπηρετεί). 2.3.2 Χαρακτηριστικά του συστήµατος GPRS Χαρακτηριστικά ενός δικτύου GPRS είναι η µεταγωγή κατά πακέτα, η αποδοτική χρησιµοποίηση φάσµατος, η υποστήριξη Ίντερνετ καθώς και των δικτύων TDMA και GSM. Το GPRS επικαλύπτει το υπάρχον κύκλωµα µεταγωγής δεδοµένων του GSM µε µια διεπαφή ραδιοεπικοινωνίας βασισµένη σε πακέτα. Αυτό δίνει στο χρήστη την επιλογή να χρησιµοποιεί µια υπηρεσία µεταφοράς δεδοµένων µέσω πακέτων. Η πληροφορία σπάει σε πακέτα πριν µεταδοθεί και συγκροτείται ξανά στο τέλος της λήψης. Σε αντιδιαστολή µε τα παλιά CSD που καταλάµβαναν όλο το κανάλι, οι πόροι GPRS χρησιµοποιούνται µόνο κατά τη λήψη / αποστολή δεδοµένων. Το κανάλι δεν παραχωρείται 12

εξ ολοκλήρου σε ένα χρήστη για κάποιο διάστηµα, αλλά µοιράζεται σε περισσότερους, µε αποτέλεσµα την εξυπηρέτηση µεγάλου αριθµού χρηστών. Ο αριθµός αυτός εξαρτάται από την εφαρµογή που χρησιµοποιείται και από τον αριθµό των δεδοµένων που µεταφέρονται. Με τα παραπάνω επιτυγχάνεται αποδοτική χρησιµοποίηση φάσµατος και δε χρειάζονται καταστάσεις άεργης χωρητικότητας σε ώρες αιχµής. Επιπλέον, επιτρέπονται εσωτερικές εργασίες (interworking) ανάµεσα στο υπάρχον Ίντερνετ και στο δίκτυο GPRS. Αυτό σηµαίνει ότι όποια υπηρεσία είναι διαθέσιµη µέσω του πρώτου θα είναι και στο δεύτερο. Επειδή το GPRS χρησιµοποιεί το ίδιο πρωτόκολλο µπορεί να θεωρηθεί ως υποδίκτυο του Ίντερνετ και εποµένως τα κινητά τηλέφωνα GPRS µπορούν να είναι και κινητοί ξενιστές και να έχουν IP διευθύνσεις. Χαρακτηριστικά της υπηρεσίας GPRS είναι η µεταφορά δεδοµένων µε µέγιστη θεωρητική ταχύτητα 171,2 Kbps - αρκετά µεγαλύτερη από την αντίστοιχη ταχύτητα του GSM των 9,6 Kbps, η αµεσότητα στη σύνδεση - πάντα συνδεδεµένο, πολύ σηµαντικό για εφαρµογές κρίσιµες στο χρόνο - και η εισαγωγή νέων καλύτερων εφαρµογών. Το GPRS έχει 8 χρονοθυρίδες σε κάθε φέρον. 2.3.3 Εφαρµογές GPRS Οι εφαρµογές που υποστηρίζονται από το GPRS είναι : Συνοµιλία (chat) Αν και προς το παρόν, και στο άµεσο µέλλον, κύριος κοµιστής θα είναι το SMS. Πληροφορίες σε µορφή κειµένου και σχηµάτων Εφαρµογές όπως αποτελέσµατα αγώνων, καιρός, κίνηση, πτήσεις, ωροσκόπια κτλ. Για εφαρµογές ποσοτικής φύσεως αρκεί το SMS (160 χαρακτήρες) αλλά για ποιοτικής φύσεως (νέα, ωροσκόπια) είναι πολύ µικρό. Σταθερές εικόνες Φωτογραφίες, εικόνες, ευχετήριες κάρτες, στατικές ιστοσελίδες. Κινούµενες εικόνες Εικονοτηλεφωνοδιάσκεψη, παρακολούθηση κτιρίων από κλέφτες, θέµατα υγείας. Web browsing Μεταφορά ήχου Παρ όλες τις αναβαθµίσεις του δικτύου GSM σε ποιότητα φωνητικών κλήσεων, η ποιότητα εκποµπής δεν επαρκεί για εφαρµογές όπως µια δηµοσιογραφική συνέντευξη και απαιτείται χρήση GPRS. Ταχυδροµική αποστολή / επίσπευση 13

Για δουλειές όπου ο εργαζόµενος πρέπει να ενηµερώνεται και να ενηµερώνει για την πορεία της δουλειάς του, όπως για παράδειγµα κάποιο συνεργείο, ταχυµεταφορείς, διανοµείς, κ.α., η χρήση GSM είναι δυνατή, αλλά οι 160 χαρακτήρες ενός SMS δεν επαρκούν πάντα για την περιγραφή της κατάστασης. Αντίθετα, το GPRS επιτρέπει την αποστολή και λήψη περισσότερης πληροφορίας. Εταιρικό ηλεκτρονικό ταχυδροµείο Ίντερνετ ηλεκτρονικό ταχυδροµείο Υπηρεσία ταχυδροµικής θυρίδας στην οποία αποθηκεύονται τα µηνύµατα σε συνδυασµό µε ταυτόχρονη ειδοποίηση του χρήστη στο κινητό για τη λήψη τους και ανάκτησή τους µε µια κλήση. Εύρεση / προσδιορισµός θέσης οχήµατος Χρησιµοποιείται εναλλακτικά του SMS που είναι επίσης κατάλληλο. Απόµακρη πρόσβαση σε LAN Από άποψη ταχύτητας, το GPRS αποτελεί τον ιδανικό κοµιστή. Μεταφορά αρχείων ftp, telnet, http. Αυτοµατισµός σπιτιού Παρακολούθηση σπιτιού και εκτέλεση λειτουργιών, χειρισµός συσκευών όπου κι αν βρίσκεται ο χρήστης. 2.3.4 Πρόσβαση στην υπηρεσία Για τη χρησιµοποίηση GPRS υπηρεσίας χρειάζονται ένα κινητό / τερµατικό που να υποστηρίζει GPRS, µια συνδροµή σε εταιρεία, γνώση αντικειµένου και ένας προορισµός που µπορεί να είναι, πέρα από κινητό τηλέφωνο, και µια IP διεύθυνση. 2.3.5 Τύποι τάξεων GPRS Όσον αφορά στα τερµατικά, η κλάση της συσκευής καθορίζει την ταχύτητα στην οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί το GPRS. Η πλειοψηφία των τερµατικών κατεβάζει δεδοµένα µε ρυθµό 24 kbps ενώ υπάρχουν 12 πιθανοί συνδυασµοί. Πέρα από τις τάξεις που αφορούν στην ταχύτητα, υπάρχουν και τρεις τάξεις που αφορούν στον τρόπο σύνδεσης των τερµατικών στα δίκτυα : οι Tάξεις Α, Β, C. Τα κινητά της πρώτης τάξης µπορούν να συνδεθούν ταυτόχρονα στις υπηρεσίες GPRS και GSM. Τα κινητά της δεύτερης τάξης συνδέονται επίσης και στα δυο, αλλά χρησιµοποιούν ένα κάθε φορά. Ενώ δηλαδή είναι σε εξέλιξη µια σύνδεση GPRS µπορεί να διακοπεί για να γίνει µια φωνητική κλήση ή ένα SMS 14

και µετά να συνεχιστεί. Τα κινητά τρίτης τάξης συνδέονται εξαρχής σε ένα απο τα δύο δίκτυα και η αλλαγή από το ένα στο άλλο γίνεται µηχανικά. 2.3.6 Περιορισµοί Πέρα από τις θεωρητικές δυνατότητες της υπηρεσίας GPRS, υπάρχουν και κάποιοι περιορισµοί. Πρώτος και κύριος είναι η περιορισµένη χωρητικότητα κυψέλης για όλους τους χρήστες. Το GPRS επηρεάζει τη χωρητικότητα κυψέλης ενός δικτύου διότι χρησιµοποιεί τους ίδιους πόρους δικτύου µε τις φωνητικές κλήσεις. Το µέγεθος της επίδρασης εξαρτάται από τον αριθµό των χρονοθυρίδων, αν υπάρχουν, που είναι αποκλειστικά κρατηµένες για χρήση GPRS. Εποµένως υπάρχει ανάγκη για χρήση SMS ως συµπληρωµατικός κοµιστής που θα χρησιµοποιεί ένα διαφορετικό τύπο ασύρµατων πόρων. εύτερος περιορισµός είναι η πραγµατική ταχύτητα που επιτυγχάνεται και η οποία είναι στην πραγµατικότητα πολύ µικρότερη από τη θεωρητική. Για να επιτευχθεί ταχύτητα 172,2 Kbps πρέπει και οι 8 χρονοθυρίδες να είναι αφιερωµένες σε ένα χρήστη, γεγονός απίθανο να επιτραπεί από τον πάροχο δικτύου. Συνήθως, τα παλαιότερα GPRS έχουν αυστηρά µια, δύο ή τρεις χρονοθυρίδες. Αποτέλεσµα των παραπάνω είναι τα κινητά δίκτυα να έχουν µικρότερη ταχύτητα εκποµπής δεδοµένων από τα σταθερά δίκτυα. Μεγάλες ταχύτητες είναι εφικτές µε τη χρήση του EDGE ή του UMTS, τα οποία θα αναλυθούν στη συνέχεια. Τρίτος περιορισµός είναι η µη εξασφαλισµένη υποστήριξη GPRS Mobile Terminate (GPRS Κινητού Προορισµού) από τα τερµατικά. Γενικά, οι χρήστες πληρώνουν για την παραλαβή των GPRS υπηρεσιών. Ωστόσο, κάποιες φορές µπορεί να λαµβάνουν ανεπιθύµητες πληροφορίες που είτε δε θα χρεώνονται είτε χειρότερα θα πρέπει να πληρώνουν για άχρηστα περιεχόµενα. Αυτός είναι ένας λόγος για έναν πωλητή να µην υποστηρίξει GPRS MT στα τερµατικά. Ακόµη, υπάρχουν καθυστερήσεις στις διαµετακοµίσεις. Παρ όλα τα πρότυπα για ακεραιότητα δεδοµένων και τις στρατηγικές επαναµετάδοσης που ακολουθούνται, εξαιτίας του γεγονότος ότι τα πακέτα στέλνονται προς όλες τις διαφορετικές οδούς µε τον ίδιο προορισµό, υπάρχει πιθανότητα κάποια από αυτά να χαθούν ή να διακοπεί η µετάδοσή τους. Τέλος, η µη ύπαρξη µηχανισµού αποθήκευσης και προώθησης καθιστά αναγκαία τη χρήση της υπηρεσίας SMS. 15

2.3.7 Καλύτερος κοµιστής ανά υπηρεσία Το ερώτηµα που προκύπτει από τα παραπάνω είναι ποιος είναι ο καλύτερος κοµιστής για υπηρεσίες µεταφοράς δεδοµένων, το GPRS, το CSD ή το SMS. Η απάντηση έρχεται από τις ίδιες τις εφαρµογές. Η εµπειρία έχει δείξει ότι στις εταιρικές εφαρµογές, όπου οι χρήστες είναι µεγάλης ηλικίας αλλά και οι λογαριασµοί τους πληρώνονται από την εταιρεία, δε χρησιµοποιούνται υπηρεσίες σύντοµων µηνυµάτων αλλά φωνητικές. Αντίθετα, στις καταναλωτικές εφαρµογές η χρήση SMS φτάνει το 90% της συνολικής χρήσης του. Μέχρι, λοιπόν, τα GPRS τερµατικά να στοχεύσουν και στους καταναλωτές, ο κύριος κοµιστής θα είναι το SMS. Αρχικά απευθύνονται σε εταιρικές εφαρµογές. Ανεξαρτήτου εφαρµογής, το Ίντερνετ θα είναι η πρωταρχική διεπαφή επικοινωνίας. Οι ήδη υπάρχουσες µη φωνητικές υπηρεσίες µπορούν να χρησιµοποιούνται µε κατάλληλες αναβαθµίσεις ως προς το µέγεθος του σύντοµου µηνύµατος και την ταχύτητα της µεταγωγής κυκλώµατος. Ωστόσο, εφαρµογές που είναι ευαίσθητες σε γραφικά γίνονται καλύτερα και πιο άµεσα µε τις νέες υπηρεσίες. 2.4 EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution 2.4.1 Περιγραφή του συστήµατος EDGE Το EDGE (Προσαυξηµένοι Ρυθµοί εδοµένων για την Ανάπτυξη του συστήµατος GSM) είναι µια ψηφιακή τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας που αναπτύχθηκε για την ενίσχυση των δικτύων 2G και 2.5G. Η τεχνολογία αυτή µπορεί να εφαρµοστεί σε δίκτυα TDMA και GSM. Το EDGE (γνωστό επίσης και ως EGPRS) είναι ένα υπερσύνολο του GPRS και µπορεί να λειτουργήσει σε οποιοδήποτε περιβάλλον χρησιµοποιεί το δίκτυο αυτό. Το EDGE (EGPRS Enhanced GPRS) εµπλουτίζει το δίκτυο GPRS, ώστε αυτό να µπορεί να χρησιµοποιηθεί για κάθε τύπου εφαρµογές µεταγωγής πακέτου, όπως η σύνδεση µε το Ίντερνετ. Υψηλής ταχύτητας εφαρµογές δεδοµένων, όπως εφαρµογές βίντεο ή άλλων πολυµέσων, επωφελούνται από την αύξηση χωρητικότητας που προσφέρει το EDGE. Ως σχήµα διαµόρφωσης, το EDGE χρησιµοποιεί, επιπλέον του GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying - Χειρισµός Ελάχιστης Μετατόπισης Gauss), και την τεχνική 8-PSK (Phase Shift Keying - Χειρισµός Μετατόπισης Φάσης). Η µέθοδος πολυπλεξίας που χρησιµοποιεί είναι ένας συνδυασµός TDMA (Πολλαπλή Πρόσβαση ιαίρεσης Χρόνου) και FDMA (Πολλαπλή Πρόσβαση ιαίρεσης Συχνότητας). Υποστηρίζει ρυθµούς µετάδοσης µέχρι 384 Κbps και για το λόγο αυτό έχει γίνει αποδεκτό από το ITU (International Telecommunications Union - ιεθνής Ένωση 16

Τηλεπικοινωνιών) ως µέλος της οικογένειας την προτύπων 3 ης γενιάς (3G). Έχει επικρατήσει, ωστόσο, να αναφέρεται ως ένα 2.75G δίκτυο. Κύριοι υποστηρικτές του EDGE είναι οι χειριστές GSM δικτύων της Βορείου Αµερικής, όπου τα δίκτυα GSM/GPRS έχουν έναν ισχυρό ανταγωνιστή, το δίκτυο cdma2000. Στην πλειοψηφία τους, οι υπόλοιποι χειριστές GSM δικτύων ανά τον κόσµο επικεντρώνουν τις προσπάθειες τους για αναβάθµιση στην εφαρµογή του προτύπου UMTS, αγνοώντας τελείως το EDGE ή εντάσσοντάς το στην περιοχή κάλυψης του UMTS. Ωστόσο, το υψηλό κόστος και η αργή απορρόφηση του UMTS οδήγησαν κάποιους δυτικοευρωπαίους χειριστές δικτύων GSM να επανεκτιµήσουν το EDGE ως λύση προσωρινής αναβάθµισης. Αν και το EDGE δεν απαιτεί να γίνουν αλλαγές στο δίκτυο κορµού GSM, ωστόσο οι σταθµοί βάσης πρέπει να τροποποιηθούν. Είναι απαραίτητη η εγκατάσταση µιας µονάδας µετάδοσης συµβατής µε το EDGE και η αναβάθµιση του συστήµατος των σταθµών βάσης, ώστε αυτό να υποστηρίζει το EDGE. Επιπλέον, απαιτείται ανανέωση τόσο του υλισµικού όσο και του λογισµικού των κινητών τερµατικών για την αποκωδικοποίηση / κωδικοποίηση του νέου σχήµατος διαµόρφωσης µετατόπισης φάσης. 2.5 UMTS - Universal Mobile Telecommunications System 2.5.1 Εισαγωγή Το UMTS - Παγκόσµιο Σύστηµα Κινητών Επικοινωνιών - είναι µια από τις τεχνολογίες τρίτης γενιάς (3G) κινητής τηλεφωνίας που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο εργασίας της ITU IMT-2000. Έχει προτυποποιηθεί από το 3GPP και χρησιµοποιεί ως βαθύτερο πρότυπο το W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access Πολλαπλή Πρόσβαση ιαίρεσης Κώδικα Ευρείας Ζώνης). Σηµειώνεται και ως 3GSM για να δώσει έµφαση στο συνδυασµό της 3G φύσης της τεχνολογίας του και του GSM προτύπου. Το UMTS υποστηρίζει µέχρι 1920 Κbps ρυθµούς µεταφοράς δεδοµένων και όχι 2 Mbps όπως συχνά λέγεται αν και τυπικοί χρήστες µπορούν να περιµένουν απόδοση γύρω στα 384 Κbps σε ένα πολύ φορτωµένο σύστηµα πραγµατικού χρόνου. Ωστόσο, ο ρυθµός αυτός είναι ακόµη καλύτερος από τα 14,4 Κbps που παρέχονται από ένα µονό GSM κανάλι διόρθωσης λαθών δεδοµένων ή από τα πολλαπλά κανάλια HSCSD (υψηλής ταχύτητας κυκλώµατα µεταγωγής δεδοµένων) και προσφέρει την πρώτη προοπτική για πρακτικά φτηνή πρόσβαση στον παγκόσµιο ιστό από µια κινητή συσκευή και γενικά χρήση του MMS (Multimedia Messaging Service Υπηρεσία Μηνυµάτων Πολυµέσων). 17

Πρόδροµός του είναι το ευρέως χρησιµοποιούµενο GSM (2G) και το GPRS (2,5G), ενώ µελλοντικά, τα UMTS δίκτυα θα αναβαθµιστούν στα HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), γνωστά ως 3.5G, προσφέροντας ταχύτητα µεταφοράς στην κάτω ζεύξη της τάξης των 10 Μbps. 2.5.2 Υλοποιήσεις στον πραγµατικό κόσµο Το πρώτο δίκτυο UMTS υλοποιήθηκε το έτος 2001 στο Isle of Man. Το επόµενο δίκτυο ονοµάστηκε απλώς 3 και αναπτύχθηκε στο Ηνωµένο Βασίλειο το 2003. Μέχρι το εκέµβριο του 2004 αναπτύχθηκε στις κάτωθι χώρες : Αυστραλία, Αυστρία, ανία, Ισραήλ, Ιταλία, Ιρλανδία, Πορτογαλία (λίγο πριν το Euro 2004), Σουηδία και Χονγκ Κονγκ ενώ στην Αφρική πρωτοεµφανίστηκε στο νησί Άγιος Μαυρίκιος το Νοέµβρη του 2004. Η ΑΤ&Τ Wireless που είναι ο αµερικάνικος πάροχος των AMPS, TDMA και GSM, ανέπτυξε UMTS δίκτυο στο Σιάτλ, Σαν Φραντσίσκο, Ντιτρόιτ, Φοίνιξ, Σαν Ντιέγκο και Ντάλας τον Ιούλιο του 2004 και επιβεβαίωσε ότι θα λειτουργεί µόνο στη συχνότητα των 1900 ΜΗz. H Cingular επίσης, ανακοίνωσε σχέδια ανάπτυξης δικτύου UMTS το 2005 και, σε αντίθεση µε την ΑΤ&Τ Wireless, διεύρυνε την ανάπτυξη στα 1900 και στα 850 ΜΗz. H T- Mobile ανακοίνωσε ότι µέχρι το 2007 δε θα αναπτύξει UMTS δίκτυα. 2.5.3 Τεχνολογία UMTS Με απλά λόγια, το UMTS είναι ένας συνδυασµός της διεπαφής ραδιοεπικοινωνίας W-CDMA (πρωτόκολλο που ορίζει τις εναέριες εκποµπές ανάµεσα σε UMTS κινητά τηλέφωνα και σταθµούς βάσης), του GSM Mobile Application Part (MAP) core (πρωτόκολλο που παρέχει κινητή λειτουργικότητα) και της GSM οικογένειας κωδικών οµιλίας, όπως τα AMR και EFR (πρωτόκολλα που ορίζουν την ψηφιοποίηση, τη συµπίεση και κωδικοποίηση του ήχου). Τεχνικά µιλώντας και για αποφυγή συγχύσεων, το W-CDMA είναι µόνο η διεπαφή ραδιοεπικοινωνίας, ενώ το UMTS είναι η πλήρης στοίβα πρωτοκόλλων επικοινωνίας. Ωστόσο, το W-CDMA συχνά χρησιµοποιείται ως γενικός όρος για την οικογένεια των 3G προτύπων που χρησιµοποιούν το οµώνυµο πρωτόκολλο ως διεπαφή. Όπως οι άλλες εφαρµογές πραγµατικού χρόνου, το UMTS χρησιµοποιεί ένα ζεύγος συχνοτήτων από κανάλια εύρους 5 ΜΗz, ένα στα 1900 ΜΗz για την άνω ζεύξη και ένα στα 2100 ΜΗz για την κάτω ζεύξη. Αναλυτικά, οι ζώνες συχνοτήτων για άνω και κάτω ζεύξη είναι αντιστοίχως : 1920 1980 ΜΗz και 2110-2170 ΜΗz. 18

Η κάλυψη του UMTS παρέχεται από ένα συνδυασµό κελιών µεγέθους που ποικίλλει από πικοκυψέλες µέχρι πανδικτυακές κυψέλες (global cell) παρεχόµενες από δορυφόρους, προσφέροντας την υπηρεσία σε αποµακρυσµένες περιοχές του κόσµου. Οι ρυθµοί µεταφοράς δεδοµένων για εφαρµογές πικοκυψελών είναι 2,048 Μbps, για µεσαίου µεγέθους κυψέλες 384Κbps, για µεγάλου µεγέθους κυψέλες 144 και 64 Κbps, για οµιλία 12,2 Κbps και για δορυφορικές εφαρµογές 9,6 Κbps. 2.5.4 Εφαρµογές Οι εφαρµογές που υποστηρίζονται από τα UMTS δίκτυα είναι ανά κατηγορία οι ακόλουθες : ιασκέδαση : ιαδίκτυο, video, κάρτες, κείµενο, µηνύµατα µε εικόνες, εξατοµικευµένες εφαρµογές (ήχοι κλήσεων, προφύλαξη οθόνης, επιφάνεια εργασίας). Εργασία : Εµπλουτισµένες κλήσεις µε εικόνα και συρµούς δεδοµένων, IP τηλεφωνία, διεταιρικές συναλλαγές (B2B ordering and logistics), ανταλλαγή πληροφοριών, προσωπικός διαχειριστής πληροφορίας, ηµερολόγιο, ατζέντα, σηµειωµατάριο, αµφίδροµη τηλεφωνική συνδιάσκεψη, υπηρεσίες αρχειοθέτησης, ταξιδιωτικές πληροφορίες, οµάδες εργασίας, FTP, άµεσο φωνητικό ταχυδροµείο, έγχρωµο fax (τηλεοµοιότυπο). Μέσα : Εφηµερίδες και περιοδικά, διαφήµιση. Ψώνια: Ηλεκτρονικό εµπόριο, e-cash, e-wallet, πιστωτική κάρτα, telebanking, αυτόµατη συναλλαγή, δηµοπρασίες. Ψυχαγωγία: Νέα, χρηµατιστήριο, αθλητικά, παιχνίδια, λοταρίες, χαρτοπαιξία, µουσική, βίντεο, συναυλίες. Εκπαίδευση: ιαδικτυακές βιβλιοθήκες, µηχανές αναζήτησης, διαδικτυακή παρακολούθηση µαθηµάτων, πεδία αναζήτησης. Υγεία: Τηλεϊατρική, τηλεδιάγνωση και παρακολούθηση υγείας. Αυτοµατισµός: Αυτοµατισµός σπιτιού, τηλεµατική κίνηση (traffic telematics), τηλεµετρία (machine-machine communication (telemetry)). Ταξίδια: Πληροφορίες ταξιδιού, e-tour, εντοπισµός προορισµού, δροµολόγια, e- ticketing. Πρόσθετα: Τηλεόραση, ράδιο, προσωπικός υπολογιστής, πρόσβαση σε αποµακρυσµένο υπολογιστή, MP3 player, κάµερα, video camera, βοµβητής, σύστηµα GPS. 19

2.5.5 Κατανοµή φάσµατος Για τους υπάρχοντες πάροχους GSM, η µετάβαση στο UMTS είναι µια απλή αλλά µε κόστος διαδικασία. Η πλειοψηφία των υποδοµών δύνανται να παραµείνουν οι ίδιες αλλά το κόστος για την απόκτηση αδειών για το νέο φάσµα και την κάλυψη του UMTS στους υπάρχοντες σταθµούς βάσης µπορεί να γίνει απαγορευτικά υψηλό. Πάνω από 120 άδειες έχουν αποδοθεί σε πάροχους παγκοσµίως και πολλοί πολιτικοί έκαναν βιαστικά δηµοπρασίες αδειών που γέµισαν µε δισεκατοµµύρια δολάρια τους δηµόσιους προϋπολογισµούς. Μόνο στη Γερµανία, οι αδειούχοι πλήρωσαν 50,8 δισεκατοµµύρια ευρώ. Οι πάροχοι θα ξεκινήσουν να βγάζουν κέρδη από αυτές τις άδειες το 2005. Ένα πρόβληµα που προκύπτει από την κατανοµή του φάσµατος του UMTS από την ΙΤU είναι ότι αυτό χρησιµοποιείται ήδη στη Βόρειο Αµερική. Η συχνότητα των 1900 ΜΗz χρησιµοποιείται για 2G υπηρεσίες και αυτή των 2100 ΜΗz για δορυφορικές επικοινωνίες. Οι ρυθµιστές προσπαθούν να απελευθερώσουν τη συχνότητα των 2100 ΜΗz για 3G υπηρεσίες, έτσι ώστε το UMTS να µη µοιράζεται το ίδιο φάσµα µε τις υπάρχουσες 2G. Οπουδήποτε αλλού, για 2G υπηρεσίες χρησιµοποιούνται συχνότητες 900 και 1800 ΜΗz. Μέχρι να γίνει η ανακατανοµή του φάσµατος στη Β. Αµερική, δε θα υπάρχει βέβαιη απάντηση σχετικά µε τις συχνότητες που θα λειτουργεί το UMTS εκεί. Η ΑΤ&Τ Wireless είχε δεσµευτεί να παρέχει UMTS υπηρεσίες µέχρι το τέλος του 2004 αυστηρά στα 1900 ΜΗz. Προς το παρόν, οι περισσότεροι πάροχοι έχουν αποδεχτεί ως προσωρινή λύση το σύστηµα EDGE (2,75G). Η ΑΤ&Τ Wireless εφάρµοσε το EDGE το 2003 σε όλη την Αµερική ενώ η Cingular και η T-Mobile σε περιορισµένες αγορές. 2.5.6 Ενδολειτουργία και περιαγωγή Άλλα σηµαντικά ζητήµατα είναι η ενδολειτουργία και η παγκόσµια περιαγωγή. Στο επίπεδο της διεπαφής ραδιοεπικοινωνίας, το UMTS είναι ασύµβατο µε το GSM. Ωστόσο, όλα τα UMTS τηλέφωνα που πωλούνται σήµερα είναι διπλού τύπου UMTS/GSM και µπορούν να στέλνουν και να λαµβάνουν κλήσεις µέσω κανονικού GSM δικτύου. Εάν, για παράδειγµα, ένας UMTS πελάτης ταξιδεύει σε µια περιοχή που δεν έχει κάλυψη UMTS, το τηλέφωνό του θα αλλάξει αυτόµατα σε GSM (µε κάποιες χρεώσεις περιαγωγής). Όλα τα UMTS/GSM τηλέφωνα δέχονται τις υπάρχουσες SIM κάρτες και κάποιες φορές επιτρέπεται η περιαγωγή σε δίκτυα µε τη χρήση GSM SIM καρτών από τον ίδιο πάροχο. Τα συνηθισµένα GSM τηλέφωνα, όµως, δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε UMTS δίκτυα. Η Vodafone της Ιαπωνίας διαθέτει ένα 3G δίκτυο, το J-Phone, που χρησιµοποιεί W- CDMA τεχνολογία και το οποίο είναι συµβατό µε το UMTS δίκτυο. Το γεγονός αυτό, 20